變壓式水泥混凝土智能養護研究

甘露

(鄭州大學水利與環境學院，河南鄭州 450001)

變壓式水泥混凝土智能養護研究

甘露

(鄭州大學水利與環境學院，河南鄭州 450001)

為實現施工現場水泥混凝土養護的智能化、自動化，提出了變壓式水泥混凝土智能養護，變壓式智能混凝土養護機通過檢測混凝土路面、橋面或者樓板的溫度濕度，并通過ZigBee無線傳輸將數據傳給主機，主機根據相關數據改變出水水壓，控制定時器及電磁閥，實現混凝土的定向定距噴灌，對提高養護效率以及養護規范性有重要作用。

水泥混凝土，無人工化，智能養護，變壓，噴灌

目前，施工工地混凝土的養護主要依靠人工隨時進行監測并提供養護，而養護主要依靠人工灑水，在這其中存在不少問題:人工灑水不規范、對濕度溫度的掌握不準確、養護用水量不足或過多、養護效率低等［1］。雖然20世紀40年代初美國科學家提出了薄膜養護，但這項技術對施工要求很高，在養護期人和車輛不能通行，薄膜稍有小孔將會嚴重影響混凝土的強度［2］。而目前混凝土養護方面研究太少，施工現場混凝土養護不能進入智能化與自動化時代。本文擬建立的變壓式智能混凝土養護恰恰能解決這個問題。水泥混凝土養護在整個施工過程中占有很重要的地位，它直接影響混凝土的后期強度，混凝土養護不及時或者不規范會造成混凝土路面、橋面以及樓板早期出現膨脹裂縫［3］。因此我們急需一個智能化的混凝土養護技術，實現混凝土智能化、相對規范化養護。

1 養護機結構組成、作用及優點

1.1 養護機的結構組成

該養護機內部包含可編程邏輯控制器(PLC)、ZigBee無線接收模塊、水壓控制器、電磁閥、定時器，外設部分主要有ZigBee無線傳輸模塊、溫濕度傳感器。

1.2 各結構作用

溫、濕度傳感器:混凝土養護時可置于浸濕麻布底下，測量混凝土表面溫度、濕度，并將數據傳遞給ZigBee無線傳輸模塊。Zig-Bee無線傳輸模塊:將接收到的數據轉化為無線信號。ZigBee無線接收模塊:接收傳輸模塊傳輸的數據。PLC:可編程邏輯控制器，根據事先編好的程序依次執行，從而根據ZigBee模塊接收的數據控制電磁閥、定時器以及水壓控制器，實現低于臨界溫濕度下定時定距噴灌養護。水壓控制器:控制進水口水壓，進而間接控制出水速度，從而控制噴水距離。電磁閥:PLC控制其開關。

1.3 各結構優點

首先，PLC具有靈活性強、通用性強、可靠性高、體積小、能耗低、編程簡單等優點［4］。其次，ZigBee具有低能耗、成本低、時延短、網絡容量大、可靠安全等特點［5］。

2 養護機工作流程

首先，溫度、濕度傳感器測試水泥混凝土表面溫度、濕度，并將數據傳給ZigBee無線傳輸模塊，再將其轉化為無線信號傳遞給主機無線接收模塊，主機接收模塊再將其傳遞給PLC，PLC中事先有相關程序，即根據水泥種類，混凝土種類設定好臨界溫度、濕度，當接收的溫度、濕度低于臨界值時，PLC控制電磁閥打開，根據相關溫度設定噴水時長，根據接收信號的位置設定進水水壓，從而實現水泥混凝土定時定距噴灌養護，工作流程圖見圖1。

圖1 養護機工作流程

3 智能養護系統工作原理及相關參數計算

1)智能養護系統工作原理。

在圖2中，a，b，c，d，e，f，g，h這幾個點處設置溫濕度傳感器，各點之間等距，將這幾個點分配到左右兩個主機，分別接收它們的信號，例如:左邊主機接收到b點處溫濕度傳感器信號并判斷其小于臨界溫濕度，左邊主機將控制水壓使其在b，c兩點之間部分來回周期性灑水，同時根據溫濕度的值確定整個灑水時長，時間到，定時器關閉電磁閥，水壓控制器將水壓變為零。

圖2 智能養護系統工作示意圖

由于該文所述養護原理是通過控制水壓實現不同距離的混凝土養護，因此需要確定的參數即為進水時的起始水壓。

2)起始水壓計算。以進水口為基準，根據短管水頭損失計算:

得到:

其中，

其中，p為水壓控制器控制后的起始水壓;ρ為水的密度;hw為沿程水頭損失;ζ為局部水頭損失系數;λ為沿程摩阻系數;s為需要噴水的距離。

4 變壓式智能養護的優缺點

1)變壓式智能養護的優點。a.避免了人工日夜監測澆灌; b.通過測試溫濕度進行澆灌，規范了混凝土養護;c.通過變化壓力避免了大量管路的鋪設;d.噴灌的方式有利于形成局部小氣候，減小蒸發量，節約了用水量。2)變壓式智能養護的缺點。a.在溫濕度傳感器鋪設時較為麻煩;b.要求跟人工灑水一樣鋪設草墊或麻布;c.水壓有最大限制，噴灑距離不遠。

5 結語

本文建立的變壓式混凝土智能養護系統實現了混凝土養護的智能化、自動化，避免了傳統混凝土養護時專人監測、專人養護、勞動強度高的缺點，同時利用溫濕度傳感器解決了人工對溫濕度監測不規范的問題。與此同時，該養護方式使用了噴灌方法形成了局部小氣候，減小了水的蒸發量。但是由于系統本身問題，在鋪設溫濕度傳感器時比較麻煩，水壓有一定限定值，不能實現無限遠噴灌。但由于其規范化養護及減少了人工，其在梁式橋面、水泥混凝土路面以及混凝土樓板的養護有著重要的應用。

［1］ 陳康軍.水泥混凝土智能養護系統在橋梁工程中的應用研究［J］.公路，2013(11):218-220.

［2］ 王賢權，趙曉魏，王 波，等.淺談混凝土薄膜養護工藝［J］.中國高新技術企業，2008(12):179-180.

［3］ 林尤蓮.規范混凝土養護與建筑質量控制的關系［J］.四川水泥，2014(11):94.

［4］ 張建召.論PLC的應用及其發展［J］.現代企業教育，2010 (6):134-135.

［5］ 周怡窹，凌志浩，吳勤勤.ZigBee無線通信技術及其應用探討［J］.自動化儀表，2005，26(6):5-9.

The study of intelligent curing cement concrete by changing water pressure

Gan Lu

(Water Conservancy and Environmental College，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)

To implement the intelligentof the cement concrete auto curing，this paper puts forward pressure type cement concrete intelligentmaintenance，variable pressure type intelligent concrete curingmachine through the test of concrete pavement and bridge deck or slab temperature，humidity，and through the ZigBee wireless transmission to transmit the data to host，the hostaccording to the relevant data change ofwater pressure，water control timer and solenoid valve，realize the directional distance of concrete irrigation，to improve the efficiency ofmaintenance and maintenance normative has vital function.

cement concrete，without artificial，intelligentmaintenance，variable pressure，sprinkler irrigation

TU755.7

A

1009-6825(2015)29-0118-02

2015-08-06

甘 露(1996-)，男，在讀本科生